詳解冷門但很重要的手機陀螺儀

　　手機里最常被忽略的東西是什么？音頻芯片？揚聲器？接口？還是傳感器？作為被廠商營銷影響已久的我們，購機時多關(guān)注處理器、攝像頭、內(nèi)存這些大的參數(shù)，對一些小的細節(jié)卻知之甚少，這其中又以傳感器最為明顯。

　　手機上常見的傳感器有光線傳感器、距離傳感器、氣壓計、陀螺儀、磁力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、指紋傳感器等等，它們是手機之所以智能的核心。上述傳感器大多從命名中就能知曉大概作用，只有陀螺儀較難讓人理解，但它幾乎又是當下手機的標配，那陀螺儀到底是什么玩意兒呢？

　　陀螺儀用于重構(gòu)空間動作

　　2010年，iPhone 4的誕生絕對是手機發(fā)展史中里程碑式的事件，作為喬布斯生前發(fā)布的最后一款手機，它身上實在有太多亮點，雙玻璃的經(jīng)典外觀、蘋果自研的第一款A(yù)4處理器、視網(wǎng)膜屏幕等等，以至于另一個重大亮點“陀螺儀”有些被埋沒，然而這的確是第一款采用了陀螺儀傳感器的手機。

　　作為定義來講，維基百科解釋“陀螺儀是一種用來傳感與維持方向的裝置，基于角動量守恒的理論設(shè)計出來“，這句話很好地解釋了陀螺儀的作用在于測量和維持方向。之所以把它加入到手機中，是因為傳統(tǒng)采用的加速度計只能檢測軸向的線性動作，沒法測量、重構(gòu)完整的3D動作。而陀螺儀就是為了幫助了計算機重構(gòu)空間上的動作模型。

　　陀螺儀的前世今生

　　陀螺儀由1850年法國物理學家萊昂·傅科在研究地球自傳中獲得靈感而發(fā)明出來的，類似像是把一個高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到一個萬向支架上，靠陀螺的方向來計算角速度，和現(xiàn)在小巧的芯片造型大相徑庭。在發(fā)明的初期，陀螺儀主要用在航海中，之后逐漸拓寬到飛機和導彈中，如今已經(jīng)憑借出色的制導性能被廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域。

　　但是，這種體積巨大的機械式陀螺儀顯然不符合電子時代的要求，它結(jié)構(gòu)復雜、精度一般、易受震動等外界因素影響，對制造工藝有極高要求，所以自上個世紀七十年代以來，陀螺儀的發(fā)展進入了一個全新的階段。

　　十九世紀八十年代，以光導纖維線圈為基礎(chǔ)敏感元件的光纖陀螺儀流行起來，它通過光傳播的路徑變化計算角位移，相較機械陀螺儀壽命長、動態(tài)范圍大、瞬時啟動快、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小而輕。同時，激光陀螺儀也有突破，它通過光程差來測量旋轉(zhuǎn)角速度，優(yōu)點和光纖陀螺儀差不多，但成本高一些。

　　而我們現(xiàn)在智能手機上采用的陀螺儀是MEMS（微機電）陀螺儀，它精度并不如前面說到的光纖和激光陀螺儀，需要參考其他傳感器的數(shù)據(jù)才能實現(xiàn)功能，但其體積小、功耗低、易于數(shù)字化和智能化，特別是成本低，易于批量生產(chǎn)，非常適合手機、汽車牽引控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材這些需要大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。

　　手機中陀螺儀的作用

　　將用于測量和維持方向的MEMS陀螺儀用在手機上有什么作用呢？

　　首先就是喬布斯在發(fā)布會重點講解的游戲控制。相比傳統(tǒng)重力感應(yīng)器只能感應(yīng)左右兩個維度的（多軸的重力感應(yīng)是可以檢測到物體豎直方向的轉(zhuǎn)動，但角度難判斷）變化，陀螺儀通過對偏轉(zhuǎn)、傾斜等動作角速度的測量，可以實現(xiàn)用手控制游戲主角的視野和方向。比如在飛行游戲中，手機即可作為方向盤控制飛機，只需變換不同角度傾斜手機，飛機就會相應(yīng)做出上下左右前后的聯(lián)動。類似的游戲主要以競速和模擬駕駛類居多。

　　其次，可以幫助手機攝像頭防抖。在我們按下快門時，陀螺儀測量出手機翻轉(zhuǎn)的角度，將手抖產(chǎn)生的偏差反饋給圖像處理器，用計算出的結(jié)果控制補償鏡片組，對鏡頭的抖動方向以及位移作出補償，實現(xiàn)更清晰的拍照效果。

　　再者，是能輔助GPS進行慣性導航。特別是在沒有GPS信號的隧道、橋梁或高樓附近，陀螺儀會測量運動的方向和速度，將速度乘以時間獲得運動的距離，實現(xiàn)精確定位導航，并能修正導航線路。這也是目前導航儀和汽車上的標配了。

　　最后，還可協(xié)助用戶界面實現(xiàn)動作感應(yīng)。這也是最常見的功能，比如iOS的動態(tài)壁紙，之所以能隨著手機角度調(diào)整發(fā)生偏移，就是靠陀螺儀檢測完成的。另外，有些手機還能通過前后傾斜手機實現(xiàn)通訊錄的上下滾動，左右傾斜手機實現(xiàn)瀏覽頁面的左右移動或者放大縮小，都是相同的原理。

　　總結(jié)

　　總的說來，陀螺儀看似不起眼，但實用性卻是非常高的。而目前主流的智能機基本都配備了陀螺儀，只是我們在日常使用中沒有感受到它的作用罷了。隨著智能手機能實現(xiàn)的功能越來越多，陀螺儀也會配合其他傳感器去完成各種任務(wù)，而對于我們用戶來說，當然是坐享其成啦。